Bối cảnh và vấn đề nghiên cứu
Trong chương trình đào tạo kỹ sư các ngành kỹ thuật cơ khí và kỹ thuật ô tô, việc tính toán thiết kế hệ dẫn động cơ khí là nội dung chuyên môn trọng tâm nhằm củng cố và hệ thống hóa kiến thức cơ sở về máy, kết cấu máy, dung sai lắp ghép và phương pháp biểu diễn bản vẽ kỹ thuật. Đề tài được thực hiện dưới dạng đồ án môn học Chi tiết máy (Đề số XIII; Phương án 1) tại Trường Đại học Giao thông Vận tải Phân hiệu tại TP. Hồ Chí Minh, do sinh viên Dương Hoài Vũ (MSSV: 6151040124, Lớp Kỹ thuật ô tô 2 – K61) thực hiện dưới sự hướng dẫn của giảng viên Nguyễn Hữu Chí (tháng 8/2023).
Mục tiêu cốt lõi của đồ án là thiết kế hoàn chỉnh hệ dẫn động cơ khí cho hệ thống băng tải, bao gồm động cơ điện, bộ truyền đai thang ngoài hộp và hộp giảm tốc 2 cấp bánh răng côn – trụ răng thẳng truyền động đến trục công tác. Các nhiệm vụ kỹ thuật cụ thể bao gồm:
- Tính toán động học hệ dẫn động: Xác định công suất, chọn động cơ điện và phân phối tỷ số truyền cho toàn hệ thống.
- Thiết kế chi tiết các bộ truyền: Tính toán kích thước hình học và kiểm nghiệm độ bền tiếp xúc, độ bền uốn, độ bền quá tải của bộ truyền đai thang ngoài, bộ truyền bánh răng côn răng thẳng (cấp nhanh) và bộ truyền bánh răng trụ răng thẳng (cấp chậm).
- Thiết kế kết cấu trục và chọn gối đỡ: Phân tích lực tác dụng không gian, lập biểu đồ mô-men uốn và xoắn, xác định đường kính các đoạn trục, chọn then và kiểm nghiệm độ bền mỏi, độ bền tĩnh của trục.
- Thiết kế kết cấu vỏ hộp và chi tiết phụ: Xác định kích thước vỏ hộp giảm tốc đúc, hệ thống bôi trơn, chọn chế độ dung sai và kiểu lắp ghép tiêu chuẩn.
Thông số và điều kiện làm việc ban đầu của hệ thống băng tải gồm:
- Lực vòng trên băng tải: $P = 1120\text{ kG} = 11200\text{ N}$.
- Vận tốc băng tải: $v = 0,58\text{ m/s}$.
- Đường kính trong của tang băng tải: $D = 420\text{ mm}$.
- Chiều rộng băng tải: $B = 400\text{ mm}$.
- Thời hạn phục vụ: $a = 5\text{ năm}$ (chế độ làm việc 2 ca/ngày, mỗi ca 4 giờ, 280 ngày/năm; tổng thời gian làm việc $l_h = 11200\text{ giờ}$).
- Đặc tính tải trọng: Va đập nhẹ, tải trọng thay đổi theo chu kỳ.
- Sai số vận tốc cho phép: $\Delta v \le 5%$.
Cơ sở lý thuyết và phương pháp
Đồ án xây dựng dựa trên hệ thống lý thuyết chuẩn mực của ngành cơ khí chế tạo máy, sử dụng các tài liệu chuyên ngành tiêu chuẩn:
- Giáo trình "Tính toán thiết kế hệ dẫn động cơ khí" (Tập 1 và Tập 2) của tác giả Trịnh Chất và Lê Văn Uyển.
- Giáo trình "Chi tiết máy", "Dung sai và lắp ghép", "Nguyên lý máy".
Phương pháp nghiên cứu và giải quyết vấn đề kỹ thuật bao gồm:
- Phương pháp phân tích động học và động lực học hệ thống: Thiết lập sơ đồ truyền động, tính toán hiệu suất truyền động tổng cộng, xác định công suất tương đương khi tải trọng thay đổi, phân bổ tỷ số truyền hợp lý giữa bộ truyền ngoài và các cấp trong hộp giảm tốc.
- Phương pháp tính toán độ bền chi tiết máy: Áp dụng lý thuyết tiếp xúc Hertz để tính toán và kiểm nghiệm ứng suất tiếp xúc $[\sigma_H]$, ứng suất uốn $[\sigma_F]$ và kiểm tra khả năng chịu quá tải đột ngột $[\sigma_H]{\max}, [\sigma_F]{\max}$ cho các bộ truyền bánh răng bằng thép tôi cải thiện.
- Phương pháp phân tích lực và cơ học kết cấu: Tách các trục thành hệ tĩnh định, phân tích lực tác dụng từ các bộ truyền (lực vòng $F_t$, lực hướng tâm $F_r$, lực dọc trục $F_a$, lực căng đai/khớp nối $F_{rkn}$), lập hệ phương trình cân bằng tĩnh học trên hai mặt phẳng vuông góc $Oxy$ và $Oyz$, dựng biểu đồ mô-men uốn và xoắn để tính toán đường kính trục theo thuyết bền ứng suất tương đương.
- Phương pháp thiết kế kết cấu và tra cứu tiêu chuẩn: Sử dụng các bảng tra thông số tiêu chuẩn cơ khí để lựa chọn kích cỡ đai, mô-đun bánh răng, đường kính trục tiêu chuẩn, kích thước ổ lăn, kết cấu vỏ hộp đúc và dung sai lắp ghép.
Nội dung chính theo từng phần thiết kế
Phần I: Tính toán động học hệ dẫn động cơ khí
Phần này thực hiện việc xác định hiệu suất, tính chọn động cơ và phân bổ tỷ số truyền cho toàn bộ hệ thống dẫn động:
- Hiệu suất chung của hệ thống: Tính theo công thức tích hiệu suất các bộ phận nối tiếp $\eta = \eta_{\text{côn}} \cdot \eta_{\text{br}} \cdot \eta_{\text{ol}}^3 \cdot \eta_{\text{đ}}$, với hiệu suất bộ truyền bánh răng côn $\eta_{\text{côn}} = 0,96$, hiệu suất cặp bánh răng trụ $\eta_{\text{br}} = 0,98$, hiệu suất 3 cặp ổ lăn $\eta_{\text{ol}} = 0,99$, hiệu suất bộ truyền đai $\eta_{\text{đ}} = 0,96$. Hiệu suất tổng cộng đạt $\eta \approx 0,87$.
- Công suất và số vòng quay: Công suất làm việc trên trục tang $P_{\text{lv}} = \frac{F \cdot v}{1000} = \frac{11200 \cdot 0,58}{1000} = 6,5\text{ kW}$. Do tải trọng thay đổi, công suất tương đương tính được là $P_{\text{tđ}} = 5,36\text{ kW}$, từ đó suy ra công suất cần thiết trên trục động cơ $P_{\text{ct}} = \frac{P_{\text{tđ}}}{\eta} = \frac{5,36}{0,87} = 6,16\text{ kW}$. Số vòng quay sơ bộ của trục công tác là $n_{\text{lv}} = \frac{60000 \cdot v}{\pi \cdot D} = \frac{60000 \cdot 0,58}{\pi \cdot 420} \approx 26,37\text{ v/ph}$.
- Lựa chọn động cơ điện: Chọn động cơ không đồng bộ 3 pha rotor lồng sóc ký hiệu 4A132S4Y3 có các thông số: công suất định mức $P_{\text{đc}} = 7,5\text{ kW}$, số vòng quay định mức $n_{\text{đc}} = 1455\text{ v/ph}$, $\cos\varphi = 0,86$, hiệu suất động cơ $87,5%$, tỷ số mô-men $T_{\max}/T_{\text{đm}} = 2,2$, $T_k/T_{\text{đm}} = 2,0$.
- Phân phối tỷ số truyền: Tỷ số truyền tổng cộng $u_c = \frac{n_{\text{đc}}}{n_{\text{lv}}} = \frac{1455}{26,35} \approx 55,13$. Tỷ số truyền hộp giảm tốc chọn $u_h = 22$, tỷ số truyền bộ truyền đai ngoài là $u_{\text{đ}} = \frac{u_c}{u_h} = \frac{55,13}{22} = 2,51$. Phân phối tỷ số truyền trong hộp 2 cấp: cấp nhanh bánh răng côn $u_1 = 4,7$, cấp chậm bánh răng trụ $u_2 = \frac{u_h}{u_1} = \frac{22}{4,7} = 4,68$. Sai số tỷ số truyền tính toán so với yêu cầu là $0% \le 4%$.
| Trục | Tỷ số truyền ($u$) | Vận tốc quay ($n$ - v/ph) | Công suất ($P$ - kW) | Mô-men xoắn ($T$ - $\text{N}\cdot\text{mm}$) |
|---|---|---|---|---|
| Động cơ | - | 1455 | 7,50 | 49226,80 |
| Trục I | 2,51 (đai) | 579,68 | 7,11 | 117134,45 |
| Trục II | 4,70 (côn) | 123,34 | 6,76 | 523414,95 |
| Trục III | 4,68 (trụ) | 26,35 | 6,56 | 2377533,21 |
Phần II: Tính toán hệ thống truyền động
1. Thiết kế bộ truyền đai thang
Bộ truyền đai thang đặt ngoài làm nhiệm vụ giảm tốc từ động cơ vào trục I của hộp giảm tốc:
- Thông số đầu vào: $P = 7,5\text{ kW}$, $n_1 = 1455\text{ v/ph}$ (trục dẫn), $u = 2,51$.
- Chọn loại đai tiết diện B có kích thước hình học: $b_p = 14\text{ mm}$, $b_0 = 17\text{ mm}$, $y_0 = 4,0\text{ mm}$, diện tích tiết diện $A = 138\text{ mm}^2$.
- Đường kính bánh đai nhỏ tiêu chuẩn $d_1 = 150\text{ mm}$, vận tốc đai $v = \frac{\pi \cdot d_1 \cdot n_1}{60000} = 4,55\text{ m/s} \le v_{\max} = 25\text{ m/s}$. Đường kính bánh đai lớn tính toán và chọn theo tiêu chuẩn $d_2 = 400\text{ mm}$, cho tỷ số truyền thực tế $u_{tt} = 2,61$ (sai lệch $\Delta u = 3,98% < 5%$).
- Khoảng cách trục sơ bộ $a = 450,92\text{ mm}$, chiều dài đai tiêu chuẩn chọn $L = 1800\text{ mm}$, số vòng chạy trong 1 giây $i = \frac{v}{L} = 2,53\text{ s}^{-1} < 10\text{ s}^{-1}$. Góc ôm trên bánh đai nhỏ $\alpha_1 = 148,4^\circ > 120^\circ$.
- Số đai xác định được là $z = 5$ sợi đai. Chiều rộng bánh đai $B = 101\text{ mm}$, đường kính ngoài bánh đai nhỏ $d_{n1} = 158,4\text{ mm}$, bánh đai lớn $d_{n2} = 408,4\text{ mm}$.
- Lực căng đai ban đầu $F_0 = 377,33\text{ N}$, lực tác dụng lên trục $F_r = 3630,74\text{ N}$.
2. Thiết kế hộp giảm tốc bánh răng côn – trụ 2 cấp
- Vật liệu chế tạo: Chọn thép 45 tôi cải thiện cho cả 2 cấp truyền động nhằm thống nhất hóa vật liệu:
- Bánh nhỏ: Thép 45 tôi cải thiện đạt độ rắn HB 241 ÷ 285 (chọn HB1 = 250), giới hạn bền $\sigma_{b1} = 850\text{ MPa}$, giới hạn chảy $\sigma_{ch1} = 580\text{ MPa}$.
- Bánh lớn: Thép 45 tôi cải thiện đạt độ rắn HB 192 ÷ 240 (chọn HB2 = 200), giới hạn bền $\sigma_{b2} = 750\text{ MPa}$, giới hạn chảy $\sigma_{ch2} = 450\text{ MPa}$.
- Ứng suất cho phép: $[\sigma_H]1 = 570\text{ MPa}$, $[\sigma_H]2 = 450\text{ MPa}$, ứng suất tiếp xúc cho phép tính toán của bộ truyền $[\sigma_H]' = 405,54\text{ MPa}$; ứng suất uốn cho phép $[\sigma{F1}] = 228\text{ MPa}$, $[\sigma{F2}] = 205,7\text{ MPa}$. Ứng suất quá tải cho phép $[\sigma_H]{\max} = 1260\text{ MPa}$, $[\sigma{F1}]{\max} = 464\text{ MPa}$, $[\sigma{F2}]_{\max} = 360\text{ MPa}$.
- Bộ truyền cấp nhanh bánh răng côn răng thẳng:
- Chiều dài côn ngoài tính toán $R_e = 231,04\text{ mm}$, mô-đun vòng ngoài tiêu chuẩn $m_{te} = 4\text{ mm}$, mô-đun trung bình $m_{tm} = 3,5\text{ mm}$.
- Chiều rộng vành răng $b = 65\text{ mm}$, tỷ số truyền $u = 4,7$.
- Số răng bánh dẫn $Z_1 = 24$, số răng bánh bị dẫn $Z_2 = 113$.
- Góc côn chia: $\delta_1 = 11^\circ59'$, $\delta_2 = 78^\circ41'$. Hệ số dịch chỉnh chiều cao: $x_1 = 0,05$, $x_2 = -0,05$.
- Đường kính chia ngoài: $d_{e1} = 96\text{ mm}$, $d_{e2} = 452\text{ mm}$. Đường kính đỉnh răng ngoài: $d_{ae1} = 104,02\text{ mm}$, $d_{ae2} = 452,75\text{ mm}$.
- Kết quả kiểm nghiệm bền: Ứng suất tiếp xúc $\sigma_H = 385,26\text{ MPa} \le [\sigma_H]'$; ứng suất uốn $\sigma_{F1} = 69,56\text{ MPa} \le [\sigma_{F1}]$, $\sigma_{F2} = 59,60\text{ MPa} \le [\sigma_{F2}]$; ứng suất tiếp xúc quá tải $\sigma_{H\max} = 462,24\text{ MPa} < 1260\text{ MPa}$.
- Bộ truyền cấp chậm bánh răng trụ răng thẳng:
- Khoảng cách trục tiêu chuẩn $a_w = 350\text{ mm}$, mô-đun pháp $m = 4\text{ mm}$, chiều rộng vành răng $b_w = 105\text{ mm}$.
- Tỷ số truyền thực tế $u = 4,68$. Số răng bánh chủ động $Z_1 = 31$, bánh bị động $Z_2 = 145$. Hệ số dịch chỉnh $x_1 = 0,5$, $x_2 = -0,5$.
- Kích thước hình học: Đường kính chia $d_1 = 116\text{ mm}$, $d_2 = 544\text{ mm}$; đường kính đỉnh răng $d_{a1} = 128\text{ mm}$, $d_{a2} = 548\text{ mm}$; đường kính đáy răng $d_{f1} = 110\text{ mm}$, $d_{f2} = 530\text{ mm}$.
- Kết quả kiểm nghiệm bền: Ứng suất tiếp xúc $\sigma_H = 399,33\text{ MPa} \le [\sigma_H]' = 420,35\text{ MPa}$; ứng suất uốn $\sigma_{F1} = 69,46\text{ MPa} \le [\sigma_{F1}]'$, $\sigma_{F2} = 57,61\text{ MPa} \le [\sigma_{F2}]'$; ứng suất quá tải $\sigma_{H\max} = 446,62\text{ MPa} < 1260\text{ MPa}$.
Phần III: Tính toán thiết kế trục và gối đỡ
- Vật liệu và ứng suất cho phép: Sử dụng thép 45 tôi cải thiện có giới hạn bền $\sigma_b = 600\text{ MPa}$, ứng suất xoắn cho phép sơ bộ $[\tau] = 30\text{ MPa}$, ứng suất uốn cho phép $[\sigma] = 63\text{ MPa}$.
- Đường kính trục sơ bộ: Trục I chọn $d_1 = 35\text{ mm}$, Trục II chọn $d_2 = 45\text{ mm}$, Trục III chọn $d_3 = 75\text{ mm}$.
- Xác định các lực tác dụng lên trục:
- Trên Trục I (bộ truyền côn và khớp nối): Lực vòng $F_{t1} = 2788,92\text{ N}$, lực hướng tâm $F_{r1} = 992,90\text{ N}$, lực dọc trục $F_{a1} = 211,05\text{ N}$, lực hướng tâm do khớp nối $F_{rkn1} = 334,67\text{ N}$.
- Trên Trục II (bánh côn lớn và bánh trụ nhỏ): Lực vòng $F_{t2} = 2788,92\text{ N}$, $F_{t3} = 8494,24\text{ N}$; lực hướng tâm $F_{r2} = 211,05\text{ N}$, $F_{r3} = 3091,65\text{ N}$; lực dọc trục $F_{a2} = 992,90\text{ N}$.
- Trên Trục III (bánh trụ lớn và khớp nối ra): Lực vòng $F_{t4} = 8494,24\text{ N}$, lực hướng tâm $F_{r4} = 3091,65\text{ N}$, lực do khớp nối $F_{rkn2} = 3657,74\text{ N}$.
- Khoảng cách gối đỡ và tính toán phản lực:
- Trục I: $l_{11} = 100\text{ mm}$, $l_{12} = 80\text{ mm}$, $l_{13} = 158\text{ mm}$. Phản lực gối tựa: $F_{Iy} = 4138,76\text{ N}$, $F_{0y} = 1015,17\text{ N}$, $F_{Ix} = 1480,14\text{ N}$, $F_{0x} = 487,24\text{ N}$.
- Trục II: $l_{21} = 216\text{ mm}$, $l_{22} = 69,5\text{ mm}$, $l_{23} = 122\text{ mm}$. Phản lực gối tựa: $F_{Ay} = 4308,32\text{ N}$, $F_{By} = 6974,84\text{ N}$, $F_{Ax} = -33,45\text{ N}$, $F_{Bx} = 2914,05\text{ N}$.
- Trục III: $l_{31} = 216\text{ mm}$, $l_{c32} = 124\text{ mm}$, $l_{33} = 340\text{ mm}$. Phản lực gối tựa: $F_{Cx} = 2096,89\text{ N}$, $F_{Dx} = 994,76\text{ N}$, $F_{Cy} = 11518,69\text{ N}$, $F_{Dy} = 633,29\text{ N}$.
- Đường kính chính xác các đoạn trục (tiêu biểu trên Trục I): Dựa trên mô-men uốn tổng $M_j = \sqrt{M_{xj}^2 + M_{yj}^2}$ và mô-men tương đương $M_{tdj} = \sqrt{M_j^2 + 0,75 T_j^2}$:
- Tiết diện 0 (lắp khớp nối): $M_{td10} = 87046,34\text{ N}\cdot\text{mm} \rightarrow d_{10} = 24\text{ mm}$, lấy tiêu chuẩn $d_{10} = 30\text{ mm}$.
- Tiết diện 1 (vị trí gối đỡ I): $M_{td11} = 196942,12\text{ N}\cdot\text{mm} \rightarrow d_{11} = 31,5\text{ mm}$, lấy tiêu chuẩn $d_{11} = 35\text{ mm}$.
- Tiết diện 2: $M_{td12} = 101441,41\text{ N}\cdot\text{mm} \rightarrow d_{12} = 25,25\text{ mm}$, lấy tiêu chuẩn $d_{12} = 30\text{ mm}$.
- Tiết diện 3 (vị trí lắp bánh răng côn): $M_{td13} = 101827,96\text{ N}\cdot\text{mm} \rightarrow d_{13} = 25,28\text{ mm}$, lấy tiêu chuẩn $d_{13} = 30\text{ mm}$.
Phần IV: Cấu tạo vỏ hộp, các chi tiết phụ, bôi trơn và chế độ lắp ghép
- Kết cấu vỏ hộp giảm tốc: Vỏ hộp đúc bằng gang xám, phân đôi theo mặt phẳng ngang đi qua tâm các trục, gồm nắp hộp và thân hộp liên kết bằng bu-lông. Thiết kế gân tăng cứng nhằm tăng độ cứng vững cho các gối trục và đáy hộp.
- Chi tiết phụ: Bố trí nắp quan sát (cửa thăm) trên nắp hộp để theo dõi sự ăn khớp và rót dầu; nút thông hơi để giảm áp suất bên trong khi nhiệt độ dầu tăng; nút tháo dầu ở đáy hộp; que thăm dầu dạng phẳng; chốt định vị hình côn để định vị chính xác nắp và thân trước khi gia công lỗ đặt ổ lăn; vòng phớt chắn dầu ngăn rò rỉ dầu và bụi bẩn bám vào ổ.
- Chế độ bôi trơn:
- Các bộ truyền bánh răng trong hộp sử dụng phương pháp ngâm dầu trong bể chứa dầu của hộp giảm tốc.
- Các gối đỡ trục (ổ lăn) sử dụng phương pháp bôi trơn bằng mỡ chuyên dụng với lượng mỡ chiếm $1/3 \div 1/2$ không gian chứa ổ.
- Chế độ dung sai và lắp ghép: Bảng kê các kiểu lắp tiêu chuẩn áp dụng cho mối ghép then, mối ghép then hoa, mối ghép giữa bánh răng với trục, giữa vòng trong ổ lăn với trục (kiểu lắp trung gian hoặc dôi nhẹ) và giữa vòng ngoài ổ lăn với thân hộp.
Kết quả và thông số kỹ thuật chính
Dưới đây là bảng tổng hợp các thông số kỹ thuật then chốt của toàn bộ hệ dẫn động cơ khí sau quá trình tính toán và kiểm nghiệm:
| Hạng mục / Bộ truyền | Thông số kỹ thuật | Ký hiệu | Giá trị tính toán / Tiêu chuẩn | Đơn vị |
|---|---|---|---|---|
| Động cơ điện | Ký hiệu động cơ | - | 4A132S4Y3 | - |
| Công suất định mức | $P_{\text{đc}}$ | 7,50 | kW | |
| Vận tốc quay định mức | $n_{\text{đc}}$ | 1455 | v/ph | |
| Bộ truyền đai thang | Loại tiết diện đai | - | Đai thang B | - |
| Đường kính bánh đai nhỏ / lớn | $d_1 / d_2$ | 150 / 400 | mm | |
| Tỷ số truyền thực tế | $u_{tt}$ | 2,61 | - | |
| Chiều dài đai | $L$ | 1800 | mm | |
| Số lượng đai | $z$ | 5 | sợi | |
| Khoảng cách trục | $a$ | 450,92 | mm | |
| Lực tác dụng lên trục | $F_r$ | 3630,74 | N | |
| Cấp nhanh (Côn thẳng) | Tỷ số truyền | $u_1$ | 4,70 | - |
| Chiều dài côn ngoài | $R_e$ | 231,04 | mm | |
| Mô-đun vòng ngoài | $m_{te}$ | 4,00 | mm | |
| Chiều rộng vành răng | $b$ | 65 | mm | |
| Số răng bánh 1 / bánh 2 | $Z_1 / Z_2$ | 24 / 113 | răng | |
| Góc côn chia | $\delta_1 / \delta_2$ | $11^\circ59' / 78^\circ41'$ | - | |
| Ứng suất tiếp xúc tính toán | $\sigma_H$ | 385,26 | MPa | |
| Cấp chậm (Trụ thẳng) | Tỷ số truyền | $u_2$ | 4,68 | - |
| Khoảng cách trục | $a_w$ | 350 | mm | |
| Mô-đun pháp | $m$ | 4,00 | mm | |
| Chiều rộng vành răng | $b_w$ | 105 | mm | |
| Số răng bánh 1 / bánh 2 | $Z_1 / Z_2$ | 31 / 145 | răng | |
| Ứng suất tiếp xúc tính toán | $\sigma_H$ | 399,33 | MPa | |
| Hệ thống trục | Vật liệu trục | - | Thép 45 tôi cải thiện | - |
| Đường kính ngõng trục I | $d_{10}, d_{11}, d_{12}, d_{13}$ | 30, 35, 30, 30 | mm | |
| Đường kính trục sơ bộ II, III | $d_2 / d_3$ | 45 / 75 | mm |
Phương án bố trí hộp giảm tốc bánh răng côn – trụ 2 cấp thể hiện sự hợp lý về kích thước và tải trọng: Cấp nhanh sử dụng bánh răng côn giúp đổi hướng truyền động $90^\circ$ mà vẫn chịu mô-men xoắn nhỏ hơn, hạn chế kích thước chiều dài côn ngoài; cấp chậm chịu mô-men xoắn lớn ($T_2 = 523414,95\text{ N}\cdot\text{mm}$, $T_3 = 2377533,21\text{ N}\cdot\text{mm}$) sử dụng bánh răng trụ răng thẳng giúp tăng khả năng tải, dễ chế tạo và nâng cao tuổi thọ làm việc.
Hạn chế và phạm vi ứng dụng
Hạn chế kỹ thuật trong phạm vi đề tài
- Dạng răng thẳng ở cả hai cấp: Việc lựa chọn bánh răng côn răng thẳng và bánh răng trụ răng thẳng làm tăng hệ số tải trọng động, dễ sinh ra tiếng ồn và rung động khi vận hành ở tốc độ cao hơn so với bánh răng nghiêng hoặc bánh răng côn xoắn.
- Phương thức bôi trơn thụ động: Hệ thống chỉ sử dụng phương pháp ngâm dầu tự nhiên cho các bộ truyền và bôi trơn mỡ cho ổ lăn, phù hợp với dải công suất trung bình nhưng hạn chế khả năng tản nhiệt nếu làm việc liên tục trong môi trường nhiệt độ cao.
- Tính linh hoạt: Hệ thống truyền động được tính toán với tỷ số truyền cố định ($u_c = 55,13$), không tích hợp biến tần điều khiển tốc độ linh hoạt theo lưu lượng vật liệu thực tế trên băng tải.
Phạm vi ứng dụng thực tế
Hệ dẫn động được thiết kế phục vụ tối ưu cho các hệ thống băng tải, xích tải cố định trong nhà máy hoặc công trường, vận chuyển vật liệu rời hoặc đóng bao với tải trọng va đập nhẹ, chu kỳ làm việc 2 ca/ngày (8 giờ/ngày) và tuổi thọ thiết kế 5 năm.
Giá trị tham khảo
Tài liệu đồ án có giá trị tham khảo chuyên môn cao đối với:
- Sinh viên ngành Kỹ thuật Cơ khí, Kỹ thuật Ô tô, Kỹ thuật Cơ điện tử: Cung cấp tài liệu mẫu chi tiết về các bước tính toán động học, tính toán hình học và kiểm nghiệm độ bền bộ truyền đai, bánh răng côn, bánh răng trụ theo tiêu chuẩn TCVN và giáo trình thiết kế cơ khí.
- Quy trình phân tích lực và thiết kế trục: Bảng phân tích lực không gian ba chiều, phương pháp cân bằng mô-men trên hai mặt phẳng vuông góc và các bước tính đường kính trục theo mô-men tương đương là nguồn dữ liệu chuẩn xác cho người thực hiện các đề tài tính toán trục và chọn ổ lăn.
- Thiết kế kết cấu vỏ hộp và dung sai: Cung cấp thông số cấu tạo chi tiết của vỏ hộp đúc, các chi tiết phụ và bảng kê kiểu lắp dung sai tiêu chuẩn ứng dụng trong sản xuất cơ khí.
Câu hỏi thường gặp
1. Động cơ điện được lựa chọn trong đồ án là loại nào và có các thông số kỹ thuật chính ra sao?
Động cơ điện được chọn là loại động cơ không đồng bộ 3 pha rotor lồng sóc ký hiệu 4A132S4Y3, với công suất định mức $P_{\text{đc}} = 7,5\text{ kW}$, số vòng quay định mức $n_{\text{đc}} = 1455\text{ v/ph}$, hệ số công suất $\cos\varphi = 0,86$, hiệu suất $\eta = 87,5%$, tỷ số mô-men $T_{\max}/T_{\text{đm}} = 2,2$ và $T_k/T_{\text{đm}} = 2,0$.
2. Tỷ số truyền tổng của hệ thống được phân phối cho các bộ truyền như thế nào?
Tổng tỷ số truyền của hệ dẫn động là $u_c = 55,13$, được phân phối thành:
- Bộ truyền đai thang ngoài hộp: $u_{\text{đ}} = 2,51$.
- Hộp giảm tốc 2 cấp có tổng tỷ số truyền $u_h = 22$, trong đó cấp nhanh (bánh răng côn) $u_1 = 4,7$ và cấp chậm (bánh răng trụ) $u_2 = 4,68$.
3. Bộ truyền đai ngoài sử dụng loại đai nào và có các thông số cơ bản ra sao?
Bộ truyền đai sử dụng 5 sợi đai thang loại B ($z = 5$), đường kính bánh đai nhỏ $d_1 = 150\text{ mm}$, bánh đai lớn $d_2 = 400\text{ mm}$, chiều dài đai tiêu chuẩn $L = 1800\text{ mm}$, khoảng cách trục $a = 450,92\text{ mm}$, góc ôm trên bánh đai nhỏ $\alpha_1 = 148,4^\circ$ và lực tác dụng lên trục $F_r = 3630,74\text{ N}$.
4. Vật liệu chế tạo bánh răng hai cấp của hộp giảm tốc được lựa chọn là gì?
Cả hai cấp bánh răng đều sử dụng thép 45 tôi cải thiện:
- Bánh nhỏ có độ rắn HB 250, giới hạn bền $\sigma_{b1} = 850\text{ MPa}$, giới hạn chảy $\sigma_{ch1} = 580\text{ MPa}$.
- Bánh lớn có độ rắn HB 200, giới hạn bền $\sigma_{b2} = 750\text{ MPa}$, giới hạn chảy $\sigma_{ch2} = 450\text{ MPa}$.
5. Đường kính các đoạn trục trên Trục I được xác định chính xác là bao nhiêu sau khi tính toán mô-men tương đương?
Sau khi tính toán mô-men tương đương tại các tiết diện, đường kính tiêu chuẩn của Trục I được xác định lần lượt là: đoạn lắp khớp nối $d_{10} = 30\text{ mm}$, đoạn ngõng trục lắp ổ lăn gối 1 $d_{11} = 35\text{ mm}$, đoạn thân trục $d_{12} = 30\text{ mm}$ và đoạn lắp bánh răng côn $d_{13} = 30\text{ mm}$.
Kết luận
Đồ án môn học Chi tiết máy của sinh viên Dương Hoài Vũ đã giải quyết hoàn chỉnh bài toán thiết kế hệ thống dẫn động băng tải sử dụng hộp giảm tốc bánh răng côn – trụ 2 cấp và bộ truyền đai thang. Mọi thông số động học, hình học và kết cấu đều được tính toán tuần tự, kiểm nghiệm đầy đủ về độ bền tiếp xúc, độ bền uốn, độ bền tĩnh và điều kiện quá tải theo các tiêu chuẩn kỹ thuật hiện hành. Toàn bộ hệ thống đảm bảo tính đồng bộ về mặt công nghệ, đáp ứng tốt yêu cầu làm việc ổn định trong thời gian phục vụ 5 năm với chế độ tải trọng va đập nhẹ.